[发明专利]铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铝元素掺杂四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：(1)铝盐溶液与络合剂混合得到混合液；(2)将钴盐溶液、含碳酸根离子的沉淀剂溶液和步骤(1)中制得的混合液采用并流的方式加入到反应装置中，共沉淀得到铝掺杂碳酸钴；(3)将步骤(2)制得的铝掺杂碳酸钴煅烧，即可得到铝掺杂四氧化三钴。三种溶液采用并流的方式进料，克服液相共沉淀法制备铝掺杂四氧化三钴的过程中各类元素沉降速度差异大的问题。制备得到的铝掺杂四氧化三钴的各元素的分布均匀，并且显著提高铝掺杂四氧化三钴中铝元素的掺杂量，掺杂量为0.3～0.6％。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正级材料领域，特别地，涉及一种铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用。

背景技术

四氧化三钴是钴酸锂的主要原材料，主要应用于3C电子产品领域。目前通信工具中使用的锂电池充电截止电压基本为4.2V。为了在更小的空间释放出更高的能量，钴酸锂正朝着4.5V高电压的方向发展。高电压下能将更多的锂离子从晶体结构中脱出来，但是锂离子的大量脱出会严重影响材料的结构稳定性，进而影响电池的循环性能和安全性能。

目前，主要通过包覆和掺杂两种方式提高材料在高电压充放电时的结构稳定性。其中A1元素为最常见的掺杂元素之一。在制备方法上，通常采用固相高温煅烧法或者液相共沉淀法；但固相高温煅烧具有能耗高、对设备的要求很高、煅烧工艺复杂等缺点；液相共沉淀是制备电池材料前驱体的常用方法之一，制备方法重现性好，其存在的问题是各类元素因为溶度积的差异而沉降速度差异过大，铝元素掺杂四氧化三钴中各元素分布不均匀。

发明内容

本发明提供了一种铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用，以解决现有的液相共沉淀法制备过程中各类元素沉降速度差异大导致各元素分布不均匀从而影响锂电池材料结构稳定性的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种铝掺杂四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

(1)铝盐溶液与络合剂混合得到混合液；

(2)将钴盐溶液、含碳酸根离子的沉淀剂溶液和步骤(1)中制得的混合液采用并流的方式加入到反应装置中，共沉淀得到铝掺杂碳酸钴；

(3)将步骤(2)制得的铝掺杂碳酸钴煅烧，即可得到铝掺杂四氧化三钴。

进一步地，步骤(1)中混合液的pH值控制在2.5～3.3。

进一步地，混合液的pH调节剂为氨水或者碳酸氢铵溶液。

进一步地，步骤(1)铝盐溶液中的铝离子与络合剂的摩尔比为1∶0.5～3。

进一步地，步骤(1)铝盐溶液中铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的一种或几种，络合剂为草酸、柠檬酸、EDTA、三乙醇胺或者水杨酸。

进一步地，步骤(2)钴盐溶液中钴盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴中的一种或几种。

进一步地，步骤(2)沉淀剂溶液中沉淀剂为碳酸钠或者碳酸氢铵。

进一步地，钴盐溶液中钴离子的浓度为0.4mol/L～2.0mol/L，钴盐溶液的进料量为10～50ml/min；铝盐溶液中铝离子的浓度为0.001mol/L～0.1mol/L，混合液的进料量为2～10ml/min；沉淀剂溶液的浓度为1～3mol/L，沉淀剂溶液的进料量为12～60ml/min。

进一步地，步骤(2)中反应装置的底液为去离子水，反应体系的pH值为7.1±0.1，反应温度35～50℃。

进一步地，步骤(3)中煅烧温度为500～800℃，煅烧时间为0.5～3h。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述铝掺杂四氧化三钴的制备方法制备得到的铝掺杂四氧化三钴。